呂曉明

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京　101300）

Lü Xiaoming

雙十字軸萬向節(jié)特性分析及仿真優(yōu)化

呂曉明

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京101300）

Lü Xiaoming

摘要：某款車在整車評(píng)價(jià)過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)向力不均現(xiàn)象，針對(duì)此項(xiàng)問題，應(yīng)用ADAMS軟件建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿真模型。仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)向節(jié)相位角空間位置不當(dāng)可造成轉(zhuǎn)向盤力矩波動(dòng)，觀察萬向節(jié)傳動(dòng)的諧振運(yùn)動(dòng)，優(yōu)化相位角使其力矩波動(dòng)達(dá)到最小。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向力；相位角；雙十字軸

0　引言

在轎車中，車輛上典型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常采用雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)，如圖1所示。萬向節(jié)上下2個(gè)節(jié)叉之間位置、角度不同，傳遞的力矩變化也不同，在某款轎車上整車評(píng)價(jià)時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向力不均現(xiàn)象，嚴(yán)重影響車輛主觀評(píng)價(jià)性能，需要合理設(shè)計(jì)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的萬向節(jié)位置和角度。因此，針對(duì)此問題，應(yīng)用ADAMS軟件對(duì)萬向節(jié)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性建模和進(jìn)行仿真分析。

1　雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)

為避免力矩波動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用中多采用雙十字軸式萬向節(jié)。在布置轉(zhuǎn)向節(jié)位置時(shí)，受到空間的限制，使同轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連的2個(gè)萬向節(jié)不在同一平面內(nèi)，導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)輸出端產(chǎn)生力矩波動(dòng)。為了減小力矩波動(dòng)，可以優(yōu)化萬向節(jié)空間位置，也可以調(diào)整中間軸上主動(dòng)叉和從動(dòng)叉之間的相位角。

2　仿真分析及優(yōu)化

2.1仿真模型建立

根據(jù)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置雙十字軸萬向節(jié)模型和硬點(diǎn)位置分別建立主動(dòng)軸、中間軸、從動(dòng)軸，在主動(dòng)軸上施加一個(gè)額定轉(zhuǎn)角速度為560o/s的驅(qū)動(dòng)，節(jié)叉端點(diǎn)的連接如圖2所示，建立2個(gè)虎克副時(shí)需要注意初始十字軸方向，在數(shù)模中量取各軸線的方向點(diǎn)，設(shè)置虎克副的方向與數(shù)模方向一致，建立空間轉(zhuǎn)向仿真分析模型，如圖3所示。

2.2仿真分析

設(shè)置完成后進(jìn)行仿真計(jì)算。初始相位角為72o，在后處理中觀察輸入軸和輸出軸的角速度，其角速度差值如圖4所示。

從圖4可以看出，輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)角差值為周期函數(shù)，且轉(zhuǎn)向管柱在初始相位角下轉(zhuǎn)角差波動(dòng)較大。

2.3仿真優(yōu)化

模型優(yōu)化目標(biāo)，使輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)角差波動(dòng)最小。優(yōu)化變量為中間軸相位角，從模型的初始位置開始，主動(dòng)叉不變，從動(dòng)叉依次旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，得到仿真趨勢(shì)見表1。

表1　相位角與轉(zhuǎn)角差（°）

隨著相位角逐漸減小，從趨勢(shì)上看，最小轉(zhuǎn)角差值在[0°，10°]之間，且相位角在依次減小的0°～90°區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)角差值不存在多峰值問題，如圖5所示。

通過轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)叉角度，在相位角為5°的時(shí)候，轉(zhuǎn)角差波動(dòng)達(dá)到最小。

從圖6可以看出，相位角為5°時(shí)，轉(zhuǎn)角差由初始狀態(tài)的9.84下降到2.95，轉(zhuǎn)速波動(dòng)下降了70％。

3　結(jié)論

利用ADAMS軟件，建立雙十字軸萬向節(jié)模型進(jìn)行仿真分析，以輸出軸力矩波動(dòng)最小為目標(biāo)，通過優(yōu)化中間傳動(dòng)軸從動(dòng)叉與主動(dòng)叉的相位角，得出最佳的中間軸相位角布置方案。

參考文獻(xiàn)

[1]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]MSC.Software.MSC.ADAMS/View高級(jí)培訓(xùn)教程[Z].

[3]耶爾森.賴姆帕爾.汽車底盤基礎(chǔ)[M].張洪欣，譯.北京：科學(xué)普及出版社，1992.

[4]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社，2005.

收稿日期：2015-06-02

文章編號(hào)：1002-4581（2015）05-0009-02

中圖分類號(hào)：U463.46

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.003